（上海梅山鋼鐵股份有限公司熱電廠，江蘇南京 210039）

前言

伴隨著工業(yè)智能制造的步伐，一些先進的控制策略被逐步應(yīng)用到生產(chǎn)實踐中，尤其是在系統(tǒng)監(jiān)控和控制自動化系統(tǒng)中，廣泛采用了最新的計算機技術(shù)他通訊技術(shù)。梅鋼熱電廠打破傳統(tǒng)思維，利用當(dāng)前汽機、電氣并網(wǎng)，勵磁調(diào)節(jié)，微機保護大部分相關(guān)設(shè)備遠(yuǎn)程自動控制功能，為機、電協(xié)調(diào)，一鍵啟動改造提供了必要的條件。通過采用汽輪發(fā)電機組“一鍵并網(wǎng)”技術(shù)，實現(xiàn)發(fā)電機一鍵并網(wǎng)、一鍵解列及恒功率因數(shù)運行。

1 傳統(tǒng)/手動并網(wǎng)操作系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在問題

1.1 傳統(tǒng)/手動并網(wǎng)操作系統(tǒng)現(xiàn)狀

發(fā)電機組并網(wǎng)操作是發(fā)電廠一項重要的操作，梅山熱電廠共有1#、2#、4#、6#四臺汽輪發(fā)電機組。目前，4 臺汽輪發(fā)電機組的并網(wǎng)操作是通過汽機、電氣及值長（調(diào)度）三個崗位的協(xié)調(diào)配合完成。汽機升速至額定轉(zhuǎn)速（3000 r/min)后汽機值班員通知值長可以并網(wǎng)，值長再發(fā)令給電氣值班員進行并網(wǎng)操作，電氣值班員接令后開始進行并網(wǎng)操作。并網(wǎng)操作步驟多、操作復(fù)雜，如1#機手動準(zhǔn)并網(wǎng)就需13 步，檢查、操作轉(zhuǎn)換開關(guān)9個，且在并網(wǎng)過程中需要特別關(guān)注各類表計參數(shù)變化，對操作人員技能要求較高。

1.2 存在問題

1.2.1 發(fā)電機組并網(wǎng)手動操作精度低、效率差

熱電廠發(fā)電機組現(xiàn)并網(wǎng)啟動狀況為：從建壓開始至并網(wǎng)基本上為值班員手動操作，操作過程受值班員能力、經(jīng)驗影響大，不同的值班員在手動調(diào)整電壓過程中，存在升壓步長不均勻，造成升壓過程忽快忽慢以及額定電壓值控制偏差大等問題，影響同期并網(wǎng)的整體效率和精度。

1.2.2 機、電專業(yè)聯(lián)系復(fù)雜，存在安全隱患

同期并網(wǎng)過程除要求機組電壓與系統(tǒng)電壓相同外，還要求機組頻率與系統(tǒng)頻率相同，因此在操作過程中需要汽機值班員調(diào)整汽輪機轉(zhuǎn)速，以滿足并網(wǎng)條件，此過程需由電氣值班員經(jīng)值長轉(zhuǎn)達(dá)汽機值班員，調(diào)整后的參數(shù)也要經(jīng)值長轉(zhuǎn)達(dá)電氣值班員。尤其是同期裝置投入使用后，對并網(wǎng)條件的滿足有時間限制，超過時限會造成排氣缸溫度上升及浪費蒸汽?，F(xiàn)有啟機方式，機、電專業(yè)聯(lián)系復(fù)雜，存在安全隱患。

1.2.3 一鍵啟動可行性分析

目前，除部分電氣輔助設(shè)備外，汽機、電氣并網(wǎng)相關(guān)設(shè)備大部分已具備遠(yuǎn)程自動控制功能，為機、電協(xié)調(diào)，一鍵啟動改造提供了必要的條件，使發(fā)電機組一鍵啟動智能化改造成為可能。

2 技術(shù)改造方案

2.1 整體構(gòu)想

發(fā)電機“一鍵并網(wǎng)”技術(shù)需要判斷各機組并網(wǎng)前的轉(zhuǎn)速、主開關(guān)的電流情況，DCS 系統(tǒng)只接收標(biāo)準(zhǔn)信號4～20 mA，機組的轉(zhuǎn)速、主開關(guān)的電流需要通過轉(zhuǎn)換以滿足DCS 系統(tǒng)的要求，因此在1#、2#、4#、6#發(fā)電機組高壓電氣控制系統(tǒng)增加小型DCS控制系統(tǒng)，即在電氣控制室內(nèi)新增兩臺DCS 控制柜，每臺DCS 控制柜負(fù)責(zé)控制兩臺發(fā)電機組，為發(fā)電機一鍵啟動提供必要的條件。

經(jīng)過統(tǒng)計分析，將發(fā)電機的并網(wǎng)操作過程大致分為四大部份：合滅磁開關(guān)；勵磁系統(tǒng)建壓；發(fā)電機同期上電；發(fā)電機啟動同期合閘。再將這四大部分和自動恒功率因數(shù)調(diào)節(jié)以及一鍵解列等發(fā)電機操作過程中需要達(dá)到的各類必要條件一一列舉，分類分析，形成發(fā)電機操作的邏輯。通過DCS 柜、電量變送器柜及安裝一套發(fā)電機一鍵并網(wǎng)應(yīng)用軟件控制程序?qū)崿F(xiàn)了全部的功能。

一鍵并網(wǎng)的每一個環(huán)節(jié)中除了考慮到其應(yīng)具備的各種條件滿足的情況下才能進行操作外，上一道程序的完成也是具備下一道程序的開始，每道程序都是緊緊相連、環(huán)環(huán)相扣的，在并網(wǎng)的過程中只要有一個條件不滿足，均應(yīng)退出一鍵并網(wǎng)作業(yè)，直到經(jīng)過處理后滿足條件方可進行一鍵并網(wǎng)操作。一鍵并網(wǎng)過程中幾乎沒有人為干預(yù)，避免了因人為干預(yù)而造成程序執(zhí)行錯誤。

2.2 建模程序

一鍵并網(wǎng)順控程序包括“合滅磁開關(guān)”“建壓”“同期裝置上電”“啟動同期”四個步驟。當(dāng)汽機轉(zhuǎn)速達(dá)到3005 r/min 左右時（設(shè)定3005 r/min 的目的是為了避免在同期并網(wǎng)中出現(xiàn)同頻差導(dǎo)致并網(wǎng)失?。\行人員按“一鍵并網(wǎng)啟動”按鈕進行全自動并網(wǎng)操作。操作畫面見圖1。

圖1 操作畫面

2.2.1 合滅磁開關(guān)

當(dāng)汽輪機在3000 r/min 時，且發(fā)電機一切正常的情況下，首先合滅磁開關(guān)，因此設(shè)定判斷條件：發(fā)電機保護、勵磁裝置無故障；轉(zhuǎn)速≥3005 r/min；滅磁開關(guān)、主開關(guān)在分閘位置。所有條件同時滿足發(fā)出合滅磁開關(guān)指令。設(shè)置轉(zhuǎn)速≥3005 r/min 是防止出現(xiàn)同頻導(dǎo)致發(fā)電機并網(wǎng)失敗。

2.2.2 建壓

在滅磁開關(guān)合上后，進行發(fā)電機建壓。在建壓過程中必須監(jiān)控發(fā)電機的主回路是否有故障（判斷條件：發(fā)電機保護及勵磁裝置無故障、發(fā)電機主回路無電流），正常發(fā)電機電壓升至額定電壓，如有故障，并網(wǎng)程序終止。

2.2.3 同期裝置上電

發(fā)電機建壓正常后，發(fā)電機開始準(zhǔn)備同期并網(wǎng)，除了發(fā)電機、勵磁裝置無故障以外，還需要確定同期裝置的單雙側(cè)無壓確認(rèn)開關(guān)在“準(zhǔn)同期位置”，防止在發(fā)電機檢修后試驗，忘記恢復(fù)單雙側(cè)無壓確認(rèn)開關(guān)造成誤操作。

2.2.4 啟動同期

同期裝置上電后，“同期就緒”信號已經(jīng)發(fā)出，同期裝置具備并網(wǎng)條件，此時最后檢查確認(rèn)發(fā)電機系統(tǒng)正常（判斷條件：發(fā)電機保護及勵磁裝置無故障、發(fā)電機主回路無電流），并且對發(fā)電機電壓以及頻差進行比對（△U≤5%，△f≤0.4 Hz）,盡量降低并網(wǎng)時的沖擊電流，避免非同期并網(wǎng)的可能，啟動同期，同期裝置合主開關(guān)。

2.2.5 反饋及故障檢測程序

為了避免程序誤發(fā)信號以及走入死循環(huán)，一鍵并網(wǎng)指令均為一次性的，所有命令只能發(fā)一次，脈沖1 s后消失。為了便于故障的判斷、查找與處理，程序在執(zhí)行過程中，如果出現(xiàn)條件不滿足或者裝置執(zhí)行故障，程序只能停止退出，不具備自動復(fù)位功能，待故障排除后，手動復(fù)位，開始新一輪操作。

2.2.6 停機程序

根據(jù)規(guī)范要求，在操作臺上仍然設(shè)置“發(fā)電機主開關(guān)分”按鈕、“滅磁開關(guān)分”按鈕，做為緊急停機使用。正常停機使用“一鍵解列”功能，為了防止誤操作，將該功能使用的功率范圍做了限定，只有當(dāng)發(fā)電機功率低于2000 kW，才能進行一鍵解列操作，確保了發(fā)電機解列的可靠性，降低對系統(tǒng)的沖擊。

3 改造后效果

通過發(fā)電機一鍵啟動和自動化改造，將發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)，同期系統(tǒng)，微機保護系統(tǒng)、DCS 融合形成一鍵并網(wǎng)的邏輯，實現(xiàn)后臺計算機一鍵并網(wǎng)操作。

3.1 運行維護簡單化

并網(wǎng)過程中不需人工參與操作，只需點擊后臺機畫面上的“一鍵并網(wǎng)”按鈕（圖2 電氣后臺畫面），便可實現(xiàn)發(fā)電機自動并網(wǎng)。如果并網(wǎng)失敗亦能通過查詢報文來判斷故障點，便于檢修人員快速排查。并且實現(xiàn)了發(fā)電機在運行過程中自動增減磁，即無功功率自動調(diào)節(jié)，維持恒功率因數(shù)運行，減輕了運行人員的勞動強度。發(fā)電機并網(wǎng)時，無功功率按設(shè)定的最低值（500 kVar)運行，當(dāng)有功功率在1000 kW 以上時，按發(fā)電機功率因數(shù)cosφ=0.92～0.97 進行自動調(diào)節(jié)。當(dāng)功率因數(shù)異常時，DCS 退出自動調(diào)節(jié)功能，且有報警鎖存功能。通過DCS 畫面上“增加勵磁”“減少勵磁”按鈕進行人工調(diào)節(jié)，雙重保證了發(fā)電機在恒功率因數(shù)下穩(wěn)定運行。

圖2 電氣后臺畫面

3.2 提高了并網(wǎng)質(zhì)量和效率

由于并網(wǎng)過程程序自動順控，降低了運行人員誤操作的可能性，開機實現(xiàn)了自動并網(wǎng)一次成功，并網(wǎng)時間只需要60 s，跟以前手動操作相比大大節(jié)約了操作的時間。由于全自動操作，不需要人工干預(yù)，也提高了并網(wǎng)質(zhì)量。4#并網(wǎng)同期錄波見圖3。

圖3 4#發(fā)電機同期合閘波形

4 結(jié)束語

發(fā)電機組“一鍵并網(wǎng)”技術(shù)使并網(wǎng)及解列操作優(yōu)化，大大提升了勞動效率。將發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)，同期系統(tǒng)升級改造后，與DCS 融合形成一鍵啟動的系統(tǒng)，通過邏輯判斷以及自動操作實現(xiàn)一鍵并網(wǎng)操作。一鍵并網(wǎng)改造后簡化了發(fā)電機并網(wǎng)操作步驟，減少人為的誤操作對發(fā)電機產(chǎn)生的危害。為今后的智能化改造積累更多的經(jīng)驗。2019 年此項技術(shù)在梅鋼熱電廠6#機組得以應(yīng)用，自投用至今，應(yīng)用情況良好。尤其機組的啟停較為頻繁時，“一鍵并網(wǎng)”的優(yōu)越性更得以體現(xiàn)。該技術(shù)目前推廣至梅鋼熱電廠4#汽輪發(fā)電機組，運行良好。